《三思科学》电子杂志
2002年第2期  总第8期
2002年2月1日

目　　录
封面

封面故事
[九歌]鸟类漫话——猛禽

编者的话
[柯南]蓝猫还是“烂猫”？

新闻
[李淼]地球引力场中中子的量子态
[春上莱茵早]最近的梦为何总那么远
[春上莱茵早]赚钱？拿出你的诚意来
[碧声]小猪，比以前更乖
[碧声]绕开伦理障碍
[柯南]死刑：再次推迟

求知
[石青]接触地外文明
[沈建其]百年量子
[武强]超光速存在吗？
[刘华杰]虹霓有别
[李淼]弦论通俗演义(三)
　　　弦论通俗演义(四)
　　　弦论通俗演义(五)
[异调]联合起来，变得虚弱(下)
[韩雪涛]三环亲和数链是否存在
[小江]癌症是什么
[Aha]软物质：熵统治的世界
[小茜]吃饭这事儿
[落雪]干扰————RNAi漫谈
[九歌]植物能源的前景

译述
科学美国人：星际之流
自然：印度在线
新科学家：光速

故事
[佳肴]一只龙蜥和一碗佳肴的故事

观点
[柯南]魔鬼出没的书店
[向东]我们的教育怎么了
[马庆池]为中国科学普及事业不
　　　景气而疾首

历史
[异调]ENIGMA的兴亡（续完）

书评
[一笑]《惊人的假说——灵魂的
　　　科学探索》读书笔记(三)

辨伪
[方舟子]达尔文的眼睛

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　　　干　扰
　　——RNAi漫谈

　　　 落雪



　　1995年，康乃尔大学的Su Guo博士在试图阻断秀丽新小杆线
虫（C. elegans）中的par-1基因时，发现了一个意想不到的现
象。她们本是利用反义RNA技术特异性地阻断上述基因的表达，
而同时在对照实验中给线虫注射正义RNA（sense RNA）以期观察
到基因表达的增强。但得到的结果是二者都同样地切断了par-1
基因的表达途径。这是与传统上对反义RNA技术的解释正好相反
的。该研究小组一直没能给这个意外以合理解释。

　　直到1998年2月，华盛顿卡耐基研究院的Andrew Fire和马萨
诸塞大学医学院的Craig Mello才首次揭开这个悬疑之谜。通过
大量艰苦的工作，他们证实，Su Guo博士遇到的正义RNA抑制基
因表达的现象，以及过去的反义RNA技术对基因表达的阻断，都
是由于体外转录所得RNA中污染了微量双链RNA而引起。当他们将
体外转录得到的单链RNA纯化后注射线虫时发现，基因抑制效应
变得十分微弱，而经过纯化的双链RNA却正好相反，能够高效特
异性阻断相应基因的表达。该小组将这一现象称为RNA干扰（RNA 
interference ,简称RNAi）。

　　在随后的短短一年中，RNAi现象被广泛地发现于真菌、拟南
芥、水螅、涡虫、锥虫、斑马鱼等大多数真核生物中。这种存在
揭示了RNAi很可能是出现于生命进化的早期阶段。随着研究的不
断深入，RNAi的机制正在被逐步阐明，而同时作为功能基因组研
究领域中的有力工具，RNAi也越来越为人们所重视。

RNAi的作用机制




RNAi作用机制图解

（以线虫中的三种不同形式为例）

点击图片可放大

　　体外实验表明：RNAi反应中，
加入的dsRNA被切割为21-23核苷
酸长的RNA片段，后者会使目的
mRNA被切割为21-23核苷酸长的
片段。从已经发生RNAi的果蝇S2
细胞中，Hammond等人部分纯化
了一种核酸酶，该核酸酶具有序
列特异性，它仅降解与引起RNAi
的dsRNA具有同源序列的mRNA。
那么这种核酸酶是如何确定哪些
mRNA该降解而哪些不该呢？由
于在纯化该核酸酶时，可以共分
离出21-23核苷酸长的 dsRNA 片
段，这暗示该核酸酶对mRNA的
切割有可能是以这些片段作模板
指导进行的。根据以上的实验结
果，人们提出一种RNAi作用的简
单模型。当dsRNA导入细胞后，
被一种dsRNA特异的核酸内切酶
识别，切割成21-23核苷酸长的小
片段，这些片段可与该核酸酶的
dsRNA结合结构域结合，并且作
为模板识别目的mRNA；识别之
后，mRNA与dsRNA的有义链发
生链互换，原先dsRNA中的有义
链被mRNA代替，从酶-dsRNA复
合物中释放出来，而mRNA则处
于原先的有义链的位置。核酸酶
在同样位置对mRNA进行切割，
这样又产生了21-23核苷酸长的
dsRNA小片段，与核酸酶形成复
合物，继续对目的mRNA进行切
割，从而使目的基因沉默，产生
RNAi现象。通过遗传分析的方法，
目前已从线虫中已分离到RDE-2,
RDE-3和Mut-7等RNAi相关的基因。


RNAi技术在功能基因组中的应用

　　在功能基因组研究中，需要对特定基因进行功能丧失或降低
突变，以确定其功能。由于RNAi具有高度的序列专一性，可以特
异地使特定基因沉默，获得功能丧失或降低突变，因此RNAi可以
作为一种强有力的研究工具，用于功能基因组的研究。将功能未
知的基因的编码区（外显子）或启动子区，以反向重复的方式由
同一启动子控制表达。这样在转基因个体内转录出的RNA可形成
dsRNA，产生RNA干涉，使目的基因沉默，从而进一步研究目的基
因的功能，这种技术即为RNAi技术。根据所选用序列的不同，可
将其分为编码区RNAi和启动子区RNAi技术。

　　1．编码区RNAi技术

　　自1998年在线虫中发现RNAi现象以来，以基因编码区为靶序
列的编码区RNAi技术已用于线虫功能基因组的研究。最初这种技
术是通过注射或浸泡等方法直接导入到线虫的性腺或早期胚胎中。
这些方法虽然可以关闭目的基因的表达，产生突变表型，但这种
表型变化却不能遗传。这种早期的RNAi技术可以用于研究与胚胎
发育有关的基因的功能，但由于细胞分裂造成dsRNA的稀释，使
得这种方法在研究成体的基因功能时有一定的局限性。为弥补早
期RNAi技术的上述不足，Tavernarakis等对RNAi技术进行了改进，
将目的基因的靶序列以反向重复的方式，由热激启动子控制在转
基因生物中表达。热激处理后，反向重复序列在细胞内开始转录，
其产物会形成具发夹环结构的dsRNA，从而产生RNAi，使目的基
因沉默。这种改进的RNAi技术与传统的RNAi技术相比，具有明显
的优点：首先转基因可以遗传给后代，有利于突变的分析；其次
dsRNA可以被诱导产生，RNAi能够在发育特定阶段出现，从而使
研究发育早期必需基因在发育晚期的功能成为可能；另外，当用
细胞特异性启动子控制dsRNA的表达时，可以研究特定基因在不
同器官中的功能。Kennerdell J. R.和CarthewR. W.用GAL4/UAS
系统控制dsRNA在果蝇中的表达，实现了诱导性或细胞特异性控
制RNAi的发生。

　　随着应用RNAi技术研究线虫功能基因组工作的开展，研究人
员对该技术在植物中应用的可能性进行了探索。加州理工大学的
Chuang C. F.和Megerowitz E. M.使用此技术研究了拟南芥的AG, 
CLV3, AP1, PAN四个开花相关基因。结果表明使用RNAi技术可以
产生功能丧失或降低突变体，其表型与以前通过其它方法鉴定的
突变体类似。RNA原位杂交表明，RNAi突变体的目的mRNA显著降
低。该结果说明RNAi技术亦可以成为植物功能基因组研究中的有
力工具。

　　2．启动子区RNAi技术

　　M. F. Mett等证明含有启动子区的dsRNA在植物体内同样被
切割成21-23核苷酸长的片段，这种dsRNA可使内源相应的DNA序
列甲基化，从而使启动子失去功能，使其下游基因沉默。

　　由于多基因家族的各成员之间高度同源，因而使用编码区
RNAi技术很难将各个成员区分开来研究，而多基因家族内的启动
子序列通常比编码区变化大， 采用启动子区RNAi技术有望将多
基因家族的各个成员区分开来研究。这样综合编码区RNAi技术和
启动子区RNAi技术的信息即可更全面地了解多基因家族地各成员
的功能。

　　RNAi现象存在的广泛性远远超过人们的预期，对此问题的深
入研究结果将为进化的观点提供有力佐证。而与其它几种进行功
能丧失或降低突变的技术相比，RNAi技术具有明显的优点，它比
反义RNA技术和同源共抑制更有效，更容易产生功能丧失或降低
突变。而且通过


　　一种特殊的细胞切除术、反义表达以及RNAi对果蝇胚胎的肌肉
　　建成与基因表达的影响。点击图片可放大。

　　与细胞特异性启动子及可诱导系统结合使用，可以在发育的
不同时期或不同器官中有选择地进行，与T-DNA技术造成的功能
永久性缺失相比，这是更受科学家偏爱的。我坚信，由于科学家
们的努力工作，一个崭新的RNA时代呼之欲出。